Um estudo comparativo de abordagens baseadas em COSMO e em equações de estado para a previsão de energias de solvatação com base no banco de dados COMPSOL

Um estudo comparativo de abordagens baseadas em COSMO e em equações de estado para a previsão de energias de solvatação com base no banco de dados COMPSOL

O cálculo de energias de solvatação tem muitos usos em diversos campos, como projeto de processos de separação, farmacologia e projeto de medicamentos, e modelagem cinética. Estas aplicações requerem modelos termodinâmicos capazes de prever com precisão as energias de solvatação, tendo em conta a dependência desta propriedade com a temperatura, e que sejam rápidos e robustos. Dentro desta estrutura, comparamos dois modelos de solvatação contínua baseados em COSMO (COSMO-RS e COSMO-SAC-dsp) com duas versões de equações cúbicas preditivas de estado bem reconhecidas por sua eficiência (PSRK e UMR-PRU). Para tanto, foi considerado um grande conjunto experimental de 65.000 pontos de dados extraídos do banco de dados COMPSOL. Comparações entre dados computados e experimentais foram realizadas para energia de solvatação de Gibbs e, pela primeira vez na literatura, para entropia e entalpia de solvatação simultaneamente. Para misturas binárias mais simples, nas quais não ocorre ligação de hidrogênio, todos os modelos foram capazes de fornecer previsões precisas, com desvios absolutos médios inferiores a 0,3 kcal/mol em relação à energia de Gibbs de solvatação. Para misturas associativas mais complexas, o COSMO-RS apresentou a melhor correlação entre os dados experimentais e calculados, especialmente para sistemas aquosos; dentre os EoS, observa-se que o modelo PSRK oferece a melhor precisão.

A estimativa da energia de Gibbs de solvatação (Δsolv gᵢ) é uma questão importante no projeto de processos e produtos. Dado que esta grandeza termodinâmica está relacionada com o grau de afinidade entre diferentes espécies químicas, pode ser muito útil, por exemplo, na seleção de um solvente adequado para um processo de separação ou uma reação química. O cálculo das quantidades de solvatação também é uma questão crítica em farmacologia e design de medicamentos, uma vez que o fenômeno de solvatação afeta diretamente a afinidade de uma determinada substância biologicamente ativa pelas proteínas alvo, bem como sua solubilidade e estabilidade química [1–4].

As energias de solvatação também são necessárias para modelos cinéticos químicos detalhados em fase líquida, que envolvem um grande número de reações e espécies químicas, e são baseados em modelos de fase gasosa desenvolvidos para simular fenômenos de pirólise, combustão ou oxidação atmosférica [5–8]. Estes exemplos destacam a necessidade de métodos preditivos e precisos que possam prever energias de solvatação e, ao mesmo tempo, sejam rápidos e robustos e possam ser aplicados a uma ampla gama de compostos químicos. Como uma característica notável, estas aplicações cobrem grandes faixas de temperatura e, portanto, os modelos utilizados para energias de solvatação devem incluir uma dependência de temperatura como pré-requisito.